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CN109120489B - 基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统 - Google Patents

基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统 Download PDF

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CN109120489B CN201811013072.4A CN201811013072A CN109120489B CN 109120489 B CN109120489 B CN 109120489B CN 201811013072 A CN201811013072 A CN 201811013072A CN 109120489 B CN109120489 B CN 109120489B
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Abstract

本发明提供一种基于Modbus‑ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统，用于测量电动汽车动力电池组箱内温度场，并将嵌有Modbus协议的温度场数据信号传输于电池管理系统进行分析，继而向温度调节执行器发出相应的调节动作信号，包括：无线测温终端阵列，安装在电池组箱内的电池单体、电池组表面、电极连接片及各热流通道内外壁，用于测量温度并发出温度场数据信号；协调器，与无线测温终端阵列通过ZigBee网络通信连接，用于接收温度场数据信号并嵌入Modbus协议后进行传输；WIFI模块，用于转发嵌有Modbus协议的温度场数据信号；无线路由器，用于接收和转发嵌有Modbus协议的温度场数据信号；以及上位机，通过WIFI与无线路由器通信连接，用于接收嵌有Modbus协议的温度场数据信号。

Description

基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场 测试系统
技术领域
本发明属于温度场测量技术领域，具体涉及一种基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统。
背景技术
由于化石能源紧缺和环境保护问题，电动汽车的发展得到了广泛认同。作为电动汽车核心部件之一的大容量储能电池组，其安全、稳定运行需要合适的工作环境和温度区间，因此电池管理系统必须对其运行状态进行实时监控。但现阶段对动力电池组温度的监控仍存在以下问题：
1.电池箱内空间结构紧凑，使用有线传感器进行布线测温时，难以布置较多的温度采集点，且布置方式比较繁琐。有线温度传感器布置，还会影响电池箱内实际热流通道等结构的运行工况，从而影响实际动力电池运行工况下的温度场情况。
2.动力电池管理系统中对于温度的采集点数十分有限，没有多点温度场数据的支撑，则其温度控制策略可能会存在缺陷，影响动力电池单体之间工作的均匀性及其寿命。
3.由于动力电池箱内各种部件的材料辐射特性不同，若采用红外等非接触式辐射测温方式进行测温时，测温准确度和精度较低，而且很难做到三维空间的温度场测量。
因此，需要设计一种能够解决上述问题的测试系统。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统。
本发明提供了一种基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统，用于测量电动汽车动力电池组箱内温度场，并将嵌有Modbus协议的温度场数据信号传输于电池管理系统进行分析，继而向与电池管理系统连接的温度调节执行器发出相应的调节动作信号，具有这样的特征，包括：无线测温终端阵列，安装在电池组箱内的电池单体、电池组表面、电极连接片及各热流通道的内外壁处，用于实时测量电池单体、电池组表面、电极连接片及各热流通道的内外壁处的温度，并发出温度场数据信号；协调器，与无线测温终端阵列通过ZigBee网络通信连接，用于接收温度场数据信号，并将Modbus协议嵌入温度场数据信号后进行传输；WIFI模块，通过串口与协调器连接，用于以WIFI信号传输模式转发嵌有Modbus协议的温度场数据信号；无线路由器，通过WIFI与WIFI模块通信连接，用于接收和转发WIFI模块转发的嵌有Modbus协议的温度场数据信号；上位机，通过WIFI与无线路由器通信连接，用于接收嵌有Modbus协议的温度场数据信号，具有用于将实时温度场数据以及各测温点历史温度场数值曲线显示在软件界面中的温度采集单元，其中，无线测温终端阵列具有多个以几何线性或圆周阵列方式排列镶嵌在软绝缘载体膜上的无线测温终端单体，无线测温终端单体具有用于提供电量的电源、用于通讯的ZigBee无线通讯单元、用于测量温度的温度传感器以及用于控制无线测温终端单体进行工作的控制电路，协调器还与电池管理系统通过串口连接，用于将嵌有Modbus协议的温度场数据信号传输于电池管理系统进行分析。
在本发明提供的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统中，还可以具有这样的特征：其中，协调器、WIFI模块以及无线路由器均设置于电池组箱外部。
在本发明提供的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统中，还可以具有这样的特征：其中，无线测温终端单体的外表面封装为刚性陶瓷绝缘体。
在本发明提供的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统中，还可以具有这样的特征：其中，无线测温终端单体为底面积不超过300mm2，厚度不超过7mm的长方体形的高度集成模块或圆柱体形的高度集成模块。
在本发明提供的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统中，还可以具有这样的特征：其中，相邻两个无线测温终端单体之间的距离不小于15mm。
在本发明提供的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统中，还可以具有这样的特征：其中，软绝缘载体膜与电池单体、电池组表面、电极连接片及各热流通道的内外壁之间还通过导热硅胶粘结。
在本发明提供的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统中，还可以具有这样的特征：其中，软绝缘载体膜的边侧设置有用于将固定无线测温终端单体的锁扣。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统，因为采用的无线测温终端阵列中各无线测温终端单体尺寸小，所以，可以实现在电池单体、电池组表面、电极连接片及热流管道内外壁处进行高密度布置测温点。因为温度场数据信号的传输采用无线传输方式，数据传输格式为Modbus协议，所以，大大简化了数据传输，并且数据传输协议格式在工程使用上被广泛接受。因为测温点的布置采用阵列式的高密度布置方式，所以，能够使得测温数据能更加真实地反映电池表面和热流空间的温度场特征。因为采用的无线测温终端单体具有内置的电源单元使得数据信号的传输功率高，所以，增强了数据传输的穿透能力，能够适用于在强电磁干扰环境下使用。
因此，本发明的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统结构简单，所需设备少，且设备之间采用无线连接使得进行测温操作时步骤简明快捷，并保证了动力电池组的各单体均匀性，延长了工作寿命，还可以更加方便、快捷地布置测温点，可以根据需要柔性、有针对性地布置测温点，同时，可在不改变动力电池箱体内部和外部结构的前提下，对动力电池箱体内单体电池表面及热流通道温度场进行精确的测量，从而准确得知温度场的变化。另外，对车用动力电池组的温度场的实时、准确测量是保证各储能装置安全、稳定、高效运行的必要措施，并可作为动力电池热管理中的电池箱体结构设计的依据。
附图说明
图1是本发明的实施例中的温度场测试系统整体结构示意图；
图2是本发明的实施例中的温度场测试系统测温布置流程树形图；
图3(a)是本发明实施例中的温度场测量系统的测量圆柱形单体电池温度场时无线测温终端阵列布置示意图；
图3(b)是本发明实施例中的温度场测量系统的测量方形单体电池温度场时无线测温终端阵列布置示意图；
图3(c)是本发明实施例中的温度场测量系统的测量电池组温度场时无线测温终端阵列布置示意图；
图4是本发明的实施例中的温度场测试系统中无线测温单体组成结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
实施例：
图1是本发明的实施例中的温度场测试系统整体结构示意图，图2是本发明的实施例中的温度场测试系统测温布置流程树形图。
如图1和图2所示，本实施例的一种基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统100，用于测量电动汽车动力电池组箱内温度场，并将嵌有Modbus协议的温度场数据信号传输于电池管理系统200进行分析，继而向与电池管理系统连接的温度调节执行器发出相应的调节动作信号。包括：无线测温终端阵列10、协调器20、WIFI模块30、无线路由器40以及上位机50。
无线测温终端阵列10，安装在电池组箱内的电池单体、电池组表面、电极连接片及各热流通道的内外壁处，用于实时测量电池单体、电池组表面、电极连接片及各热流通道的内外壁处的温度，并发出温度场数据信号。
图3(a)是本发明实施例中的温度场测量系统的测量圆柱形单体电池温度场时无线测温终端阵列布置示意图，图3(b)是本发明实施例中的温度场测量系统的测量方形单体电池温度场时无线测温终端阵列布置示意图，图3(c)是本发明实施例中的温度场测量系统的测量电池组温度场时无线测温终端阵列布置示意图，图4是本发明的实施例中的温度场测试系统中无线测温单体组成结构示意图。
如图3(a)-图3(c)以及图4所示，无线测温终端阵列10具有多个以几何线性或圆周阵列方式排列镶嵌在软绝缘载体膜102上的无线测温终端单体101。
软绝缘载体膜102的边侧设置有用于将固定无线测温终端单体101的锁扣103。
软绝缘载体膜102与所述电池单体、所述电池组表面、所述电极连接片及所述各热流通道的内外壁之间还通过导热硅胶粘结，用于减小热阻，提高测温精度。
无线测温终端单体101具有用于提供电量的电源1011、用于通讯的ZigNBee无线通讯单元1012、用于测量温度的温度传感器1013以及用于控制无线测温终端单体101进行工作的控制电路1014。
无线测温终端阵列10可以采用国家标准规定的18650、26650、26700、32700、32134等圆柱型电池单体或几何尺寸为20mm×65mm×138mm和27mm×135mm×192mm等型号的方型电池单体，以及由上述单体组成的电池组或电池包进行多点温度场测量。
控制电路1014、电源1011、温度传感器1013、ZigBee无线通讯单元1012之间通过印刷电路板高度集成连接，从而共同组成无线测温终端单体101。其中，电源1011为控制电路1014、温度传感器1013、ZigBee无线通讯单元1012供电，温度传感器1013输出的数字信号经ZigBee无线通讯单元1012通过无线发射到外部空间，控制电路1014对ZigBee无线通讯单元1012的供电方式和数据传递进行协调和控制，同时也对温度传感器1013的供电方式和测温动作的启停进行协调和控制。
无线测温终端单体101为底面积不超过300mm2，厚度不超过7mm的长方体形的高度集成模块或圆柱体形的高度集成模块。
相邻两个无线测温终端单体101之间的距离不小于15mm。
无线测温终端单体101的外表面封装为刚性陶瓷绝缘体。
协调器20，与无线测温终端阵列10通过Zig-Bee网络通信连接，用于接收温度场数据信号，并将Modbus协议嵌入温度场数据信号后进行传输。
协调器20还与电池管理系统200通过串口连接，用于将嵌有Modbus协议的温度场数据信号传输于电池管理系统200进行分析。
WIFI模块30，通过串口与协调器20连接，用于以WIFI信号传输模式转发嵌有Modbus协议的温度场数据信号。
无线路由器40，通过WIFI与WIFI模块30通信连接，用于接收和转发WIFI模块30转发的嵌有Modbus协议的温度场数据信号。
协调器20、WIFI模块30以及无线路由器40均设置于电池组箱外部。
上位机50，通过WIFI与无线路由器40通信连接，用于接收嵌有Modbus协议的温度场数据信号，具有用于将实时温度场数据以及各测温点历史温度场数值曲线显示在软件界面中的温度采集单元。
当对电池单体、电池组表面及电极连接片处进行温度场测量时，可直接将无线测温终端阵列10安装在电池单体、电池组表面及电极连接片处，当对热流通道内进行温度场测量时，可根据实际温度场的测量需求在不同被测温部位布置不同的测温点密度，无线测温终端阵列10的布置方式如下：
无线测温终端阵列10是由无线测温终端单体101以阵列排列方式镶嵌安装在绝缘嵌入载体102上所组成，布置无线测温终端阵列10时，将无线测温终端阵列10包裹或贴附在电池单体、电池组表面及电极连接片处，并由绝缘嵌入载体102上的固定锁扣103将无线测温终端阵列10固定贴附在待测温表面，无线测温终端阵列10与待测温表面之间使用导热硅胶填充可减小导热热阻、提高测温精度。
本实施例的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统的工作过程如下：
本实施例的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统100中，在进行测温时将无线测温终端阵列10按照上述步骤贴附安装在电池单体、电池组的表面、电极连接片及热流管道内外壁处，无线测温终端阵列10布置完成并通电后，其余各设备均完成通电并运行后，无线测温终端阵列10向协调器20发出组网请求，完成组网后，协调器20接收到电池管理模块60发来的发送命令后，将所采集的温度场数据信号按预定时长定时发送给电池管理模块60，协调器20经串口连接到WIFI模块30时，协调器20接收上位机50发来的发送命令后，将Modbus协议嵌入各测温点的温度场数据信号后通过WIFI网络上传至上位机50，上位机50的温度采集单元可将实时温度数值和各测温点历史温度数值曲线显示在软件界面中。
实施例的作用与效果
本实施例的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统，因为采用的无线测温终端阵列中各无线测温终端单体尺寸小，所以，可以实现在电池单体、电池组表面、电极连接片及热流管道内外壁处进行高密度布置测温点。因为温度场数据信号的传输采用无线传输方式，数据传输格式为Modbus协议，所以，大大简化了数据传输，并且数据传输协议格式在工程使用上被广泛接受。因为测温点的布置采用阵列式的高密度布置方式，所以，能够使得测温数据能更加真实地反映电池表面和热流空间的温度场特征。因为采用的无线测温终端单体具有内置的电源单元使得数据信号的传输功率高，所以，增强了数据传输的穿透能力，能够适用于在强电磁干扰环境下使用。因此，本实施例的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统结构简单，所需设备少，且设备之间采用无线连接使得进行测温操作时步骤简明快捷，并保证了动力电池组的各单体均匀性，延长了工作寿命，还可以更加方便、快捷地布置测温点，可以根据需要柔性、有针对性地布置测温点，同时，可在不改变动力电池箱体内外部结构以及运行工况的前提下，对动力电池箱体内单体电池表面及热流通道温度场进行精确的测量，从而准确得知温度场的变化。另外，对车用动力电池组温度场的实时、准确测量是保证各储能装置安全、稳定、高效运行的必要措施，并可作为动力电池热管理中的电池箱体结构设计的依据。
本实施例的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统，因为采用的无线测温终端单体为不导电的刚性陶瓷绝缘体，所以，能够使得在测试过程中不会因为跌落而造成电池正负极短路。
本实施例的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统，因为软绝缘载体膜与电池单体、电池组表面、电极连接片及各热流通道的内外壁之间还采用导热硅胶粘结，所以能够减小热阻，提高测温精度。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
本实施例还可以用于其他储能装置的内部表面组件和空间的温度场测量，例如超级电容等。

Claims (7)

1.一种基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统，用于测量电动汽车动力电池组箱内温度场，并将嵌有Modbus协议的温度场数据信号传输于电池管理系统进行分析，继而向与所述电池管理系统连接的温度调节执行器发出相应的调节动作信号，其特征在于，包括：
无线测温终端阵列，安装在所述电池组箱内的电池单体、电池组表面、电极连接片及各热流通道的内外壁处，用于实时测量所述电池单体、所述电池组表面、所述电极连接片及所述各热流通道的所述内外壁处的温度场，并发出温度场数据信号；
协调器，与所述无线测温终端阵列通过ZigBee网络通信连接，用于接收所述温度场数据信号，并将Modbus协议嵌入所述温度场数据信号后进行传输；
WIFI模块，通过串口与所述协调器连接，用于以WIFI信号传输模式转发嵌有Modbus协议的所述温度场数据信号；
无线路由器，通过WIFI与所述WIFI模块通信连接，用于接收和转发所述WIFI模块转发的嵌有Modbus协议的所述温度场数据信号；以及
上位机，通过WIFI与所述无线路由器通信连接，用于接收嵌有Modbus协议的所述温度场数据信号，具有用于将实时温度场数据以及各测温点历史温度场数值曲线显示在软件界面中的温度采集单元，
其中，所述无线测温终端阵列具有多个以几何线性或圆周阵列方式排列镶嵌在软绝缘载体膜上的无线测温终端单体，
所述无线测温终端单体具有用于提供电量的电源、用于通讯的ZigBee无线通讯单元、用于测量温度的温度传感器以及用于控制所述无线测温终端单体进行工作的控制电路，
所述协调器还与所述电池管理系统通过串口连接，用于将嵌有Modbus协议的所述温度场数据信号传输于所述电池管理系统进行分析。
2.根据权利要求1所述的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统，其特征在于：
其中，所述协调器、所述WIFI模块以及所述无线路由器均设置于所述电池组箱外部。
3.根据权利要求1所述的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统，其特征在于：
其中，所述无线测温终端单体的外表面封装为刚性陶瓷绝缘体。
4.根据权利要求1所述的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统，其特征在于：
其中，所述无线测温终端单体为底面积不超过300mm2，厚度不超过7mm的长方体形的高度集成模块或圆柱体形的高度集成模块。
5.根据权利要求1所述的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统，其特征在于：
其中，相邻两个所述无线测温终端单体之间的距离不小于15mm。
6.根据权利要求1所述的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统，其特征在于：
其中，所述软绝缘载体膜与所述电池单体、所述电池组表面、所述电极连接片及所述各热流通道的内外壁之间还通过导热硅胶粘结。
7.根据权利要求1所述的基于Modbus-ZigBee技术的无线多点阵列式动力电池温度场测试系统，其特征在于：
其中，所述软绝缘载体膜的边侧设置有用于将所述软绝缘载体膜固定在待测温物体的表面的锁扣。
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